ถึงจุดแรกของซีอาน: เมื่อคุณพูดถึง -algebras คุณกำลังถามถึงฉากที่วัดได้ดังนั้นน่าเสียดายที่คำตอบใด ๆ จะต้องมุ่งเน้นไปที่ทฤษฎีการวัด ฉันจะพยายามสร้างมันขึ้นมาเบา ๆσ
ทฤษฎีความน่าจะเป็นที่ยอมรับเซตย่อยทั้งหมดของเซตที่นับไม่ได้จะทำลายคณิตศาสตร์
ลองพิจารณาตัวอย่างนี้ สมมติว่าคุณมีหน่วยสี่เหลี่ยมในและคุณสนใจที่จะสุ่มเลือกจุดที่เป็นสมาชิกของชุดเฉพาะในหน่วยสี่เหลี่ยม ในหลาย ๆ สถานการณ์สิ่งนี้สามารถตอบได้อย่างง่ายดายโดยอิงจากการเปรียบเทียบพื้นที่ของชุดต่างๆ ตัวอย่างเช่นเราสามารถวาดวงกลมวัดพื้นที่ของพวกเขาแล้วนำความน่าจะเป็นเป็นเศษส่วนของสี่เหลี่ยมที่ตกลงไปในวงกลม ง่ายมาก.R2
แต่ถ้าพื้นที่ของชุดดอกเบี้ยไม่ชัดเจน
หากพื้นที่นั้นไม่ได้กำหนดไว้อย่างชัดเจนเราสามารถให้เหตุผลถึงข้อสรุปที่ต่างกันสองข้อ แต่มีเหตุผลอย่างสมบูรณ์ (ในบางแง่มุม) เกี่ยวกับสิ่งที่พื้นที่นั้นเป็น ดังนั้นเราจะได้มีบนมือข้างหนึ่งและในมืออื่น ๆ ซึ่งหมายถึง 1 นี่เป็นการทำลายคณิตศาสตร์ทั้งหมดเกินกว่าจะซ่อมได้ ตอนนี้คุณสามารถพิสูจน์ได้และอีกหลายสิ่งที่ผิดปกติอื่น ๆ เห็นได้ชัดว่ามันไม่มีประโยชน์อะไรP ( A ) = 0 0 = 1 5 < 0P(A)=1P(A)=00=15<0
σ -algebras เป็นแพทช์ที่แก้ไขปัญหาทางคณิตศาสตร์
คืออะไรพีชคณิตแม่นยำ? จริงๆแล้วมันไม่ได้น่ากลัว มันเป็นเพียงคำจำกัดความของชุดที่อาจถือเป็นเหตุการณ์ องค์ประกอบที่ไม่อยู่ในนั้นไม่มีการวัดความน่าจะเป็นที่กำหนดไว้ โดยทั่วไป -algebras เป็น "patch" ที่ช่วยให้เราหลีกเลี่ยงพฤติกรรมทางพยาธิวิทยาบางอย่างของคณิตศาสตร์คือเซตที่ไม่สามารถวัดได้F σσFσ
ข้อกำหนดสามประการของ a -field สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นผลที่ตามมาจากสิ่งที่เราต้องการทำกับความน่าจะเป็น: A -field เป็นชุดที่มีคุณสมบัติสามอย่าง:σσσ
- ปิดภายใต้สหภาพที่นับได้
- ปิดภายใต้ทางแยกที่นับได้
- ปิดภายใต้การเติมเต็ม
สหภาพที่นับได้และองค์ประกอบทางแยกที่นับได้นั้นเป็นผลโดยตรงของปัญหาชุดที่ไม่สามารถวัดได้ ปิดภายใต้การเติมเต็มเป็นผลมาจากการ Kolmogorov สัจพจน์: ถ้า ,ควรจะเป็น1/3แต่หากไม่มี (3) อาจเกิดขึ้นได้ว่าไม่ได้กำหนดไว้ นั่นคงจะแปลก ปิดภายใต้การเติมเต็มและสัจพจน์ Kolmogorov ให้เราที่จะพูดสิ่งที่ชอบ 1P ( ค ) 1 / 3 P ( ค ) P ( ∪ ค ) = P ( ) + 1 - P ( ) = 1P(A)=2/3P(Ac)1/3P(Ac)P(A∪Ac)=P(A)+1−P(A)=1
ในที่สุดเรากำลังพิจารณาเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับดังนั้นเราจึงต้องการΩΩ∈F
ข่าวดี: -algebras นั้นจำเป็นสำหรับชุดที่นับไม่ได้เท่านั้นσ
แต่! มีข่าวดีที่นี่เช่นกัน หรืออย่างน้อยก็เป็นวิธีที่จะทำให้เกิดปัญหา เราต้องการเพียง -algebras ถ้าเราทำงานในฉากที่มีภาวะเชิงการนับที่ไม่สามารถนับได้ ถ้าเรา จำกัด ตัวเองให้อยู่ในเซตที่นับได้เราสามารถนำชุดพาวเวอร์ของและเราจะไม่มีปัญหาใด ๆ เหล่านี้เพราะสำหรับ ,ประกอบด้วยเท่านั้น ของชุดที่วัดได้ (นี่คือการอ้างถึงในความคิดเห็นที่สองของซีอาน) คุณจะสังเกตเห็นว่าตำราบางเล่มจะส่งมอบหนังสือที่ละเอียดอ่อนที่นี่จริง ๆ และพิจารณาชุดที่นับได้เท่านั้นเมื่อพูดถึงช่องว่างที่น่าจะเป็นσF=2ΩΩΩ2Ω
นอกจากนี้ในปัญหาทางเรขาคณิตในมันก็เพียงพอแล้วที่จะพิจารณา -algebras ซึ่งประกอบด้วยชุดที่กำหนดวัด หากต้องการทำให้สิ่งนี้มีความมั่นคงมากขึ้นสำหรับสอดคล้องกับความยาวปกติพื้นที่และปริมาตร ดังนั้นสิ่งที่ฉันพูดในตัวอย่างก่อนหน้าคือชุดจำเป็นต้องมีพื้นที่ที่กำหนดไว้อย่างดีเพื่อให้มีความน่าจะเป็นทางเรขาคณิต และเหตุผลก็คือ: ถ้าเรายอมรับเซตที่ไม่สามารถวัดได้เราสามารถสิ้นสุดในสถานการณ์ที่เราสามารถกำหนดความน่าจะเป็น 1 ให้กับเหตุการณ์บางอย่างตามการพิสูจน์บางอย่างและความน่าจะเป็น 0 ถึงเหตุการณ์เดียวกันโดยยึดตามหลักฐานอื่น ๆRnσLnLnn=1,2,3
แต่อย่าปล่อยให้การเชื่อมต่อกับเซตที่นับไม่ได้สร้างความสับสนให้คุณ! ความเข้าใจผิดทั่วไปที่ -algebras เป็นเซตที่นับได้ ในความเป็นจริงพวกเขาอาจนับได้หรือนับไม่ได้ ลองพิจารณาตัวอย่างนี้ก่อนหน้านี้เรามีหน่วยสี่เหลี่ยมจัตุรัส กำหนดคุณสามารถวาดตารางที่มีความยาวด้านสำหรับทุกและมีมุมหนึ่งที่(0,0)มันควรจะชัดเจนว่าสแควร์นี้เป็นส่วนย่อยของสแควร์หน่วย นอกจากนี้ทุกสี่เหลี่ยมเหล่านี้ได้กำหนดพื้นที่เพื่อสี่เหลี่ยมเหล่านี้เป็นองค์ประกอบของ{F} แต่มันก็ควรจะชัดเจนว่ามีหลายช่องสี่เหลี่ยมนับไม่ถ้วนσ
F=All subsets of the unit square with defined L2 measure.
Bss∈(0,1)(0,0)FB : จำนวนของสี่เหลี่ยมดังกล่าวนั้นนับไม่ได้และแต่ละตารางจะมีการวัด Lebesgue
ดังนั้นในทางปฏิบัติการทำการสังเกตเพียงอย่างเดียวนั้นเพียงพอที่จะทำให้การสังเกตเห็นว่าคุณพิจารณาเฉพาะชุดที่วัดได้จาก Lebesgue เพื่อให้เกิดความคืบหน้าต่อปัญหาที่น่าสนใจ
แต่เดี๋ยวก่อนชุดที่ไม่สามารถวัดได้คืออะไร
ฉันเกรงว่าฉันจะสามารถส่องแสงนี้ไปได้ด้วยตัวเอง แต่ความขัดแย้งของ Banach-Tarski (บางครั้งความขัดแย้ง "ดวงอาทิตย์และถั่ว") สามารถช่วยเราได้บ้าง:
เมื่อได้รับลูกบอลแข็งในพื้นที่ 3 มิติมีการสลายตัวของลูกบอลในจำนวนที่ จำกัด ของชุดย่อยที่แยกออกจากกันซึ่งสามารถนำกลับมารวมกันในวิธีที่ต่างกันเพื่อให้ได้สำเนาต้นฉบับที่เหมือนกันสองชุด แท้จริงแล้วกระบวนการประกอบซ้ำนั้นเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนไปมาและหมุนโดยไม่ต้องเปลี่ยนรูปร่าง อย่างไรก็ตามชิ้นส่วนเหล่านั้นไม่ได้เป็น "ของแข็ง" ตามปกติ แต่เป็นการกระจายของจุดที่ไม่มีที่สิ้นสุด การฟื้นฟูสามารถทำงานได้เพียงห้าชิ้นเท่านั้น
รูปแบบที่แข็งแกร่งของทฤษฎีบทแสดงให้เห็นว่าได้รับวัตถุของแข็ง "สมควร" ใด ๆ สอง (เช่นลูกบอลขนาดเล็กและลูกบอลขนาดใหญ่) ทั้งสองสามารถประกอบกันอีก นี่มักจะระบุไว้อย่างไม่เป็นทางการว่า "ถั่วสามารถถูกสับและประกอบเข้ากับดวงอาทิตย์" และเรียกว่า "ถั่วและดวงอาทิตย์ขัดแย้ง" 1
ดังนั้นหากคุณกำลังทำงานกับความน่าจะเป็นในและคุณกำลังใช้การวัดความน่าจะเป็นทางเรขาคณิต (อัตราส่วนของปริมาณ) คุณต้องการคำนวณความน่าจะเป็นของเหตุการณ์บางอย่าง แต่คุณจะต้องดิ้นรนเพื่อกำหนดความน่าจะเป็นอย่างแม่นยำเพราะคุณสามารถจัดเรียงชุดพื้นที่ของคุณใหม่เพื่อเปลี่ยนปริมาณ! หากความน่าจะเป็นขึ้นอยู่กับปริมาณและคุณสามารถเปลี่ยนปริมาตรของชุดเป็นขนาดของดวงอาทิตย์หรือขนาดของถั่วได้ความน่าจะเป็นก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน ดังนั้นไม่มีเหตุการณ์ใดที่จะมีความน่าจะเป็นตามที่กำหนดไว้ ยิ่งแย่ไปกว่านั้นคุณสามารถจัดเรียงเพื่อให้ปริมาตรมีซึ่งบอกเป็นนัยว่าการวัดความน่าจะเป็นทางเรขาคณิตรายงานความน่าจะเป็นR3S∈ΩSV(S)>V(Ω)P(S)>1ในการละเมิดความจริงชัดแจ้งของสัจพจน์ Kolmogorov ซึ่งต้องการความน่าจะเป็นนั้นมีขนาด 1
เพื่อแก้ไขความขัดแย้งนี้ใครจะทำหนึ่งในสี่ของสัมปทาน:
- ปริมาณของชุดอาจมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อมีการหมุน
- ปริมาณของสหภาพของชุดที่แยกกันสองชุดอาจแตกต่างจากผลรวมของปริมาณ
- สัจพจน์ของทฤษฎีเซต Zermelo – Fraenkel กับสัจพจน์ของตัวเลือก (ZFC) อาจต้องมีการเปลี่ยนแปลง
- บางชุดอาจถูกแท็ก "ไม่สามารถวัดได้" และจะต้องตรวจสอบว่าชุดนั้นเป็น "ที่วัดได้" ก่อนที่จะพูดถึงปริมาณของมัน
ตัวเลือก (1) ไม่ได้ช่วยให้ใช้กำหนดความน่าจะเป็นดังนั้นมันออก ตัวเลือก (2) ละเมิดสัจพจน์ของ Kolmogorov ที่สองดังนั้นมันจึงออกมา ตัวเลือก (3) ดูเหมือนเป็นความคิดที่แย่มากเนื่องจาก ZFC แก้ไขปัญหาได้มากกว่าที่สร้างขึ้น แต่ตัวเลือก (4) น่าสนใจ: ถ้าเราพัฒนาทฤษฎีว่าอะไรคืออะไรและไม่สามารถวัดได้เราจะมีความน่าจะเป็นที่ชัดเจนในปัญหานี้! สิ่งนี้ทำให้เรากลับไปวัดทฤษฎีและเพื่อนของเราคือ -algebraσ